LA TEMPERATURE DE CURIE

Tout matériau magnétique qui est aimanté est caractérisé par un certain ordre des petits

aimants atomiques. Chauffer un matériau est une façon de perturber cet ordre magnétique et de provoquer le désordre. Ainsi, pour chaque matériau magnétique, il existe une température de Curie (de Pierre Curie prix Nobel de physique). Au delà de cette température les matériaux sont dans un état désordonné dit paramagnétique [7].

Les températures de Curie peuvent être variées selon les matériaux :

Plus de 1100°c pour le cobalt qui peut rester aimanté jusqu’à haute température, 770°c pour le fer mais aussi moins 270°c pour d’autres matériaux qui n’ont alors que peut d’applications. Matériau Tc (K) Co 1 388 Fe 1 043 Fe₂B 1 015 FeOFe2O3 858 NiOFe₂O₃ 858 CuOFe₂O₃ 728 MgOFe2O3 713 MnBi 630 Cu2MnAl 630 Ni 627 MnSb 587 MnB 578 Matériau Tc (K) MnOFe2O3 573 Y3Fe5O12 560 Cu₂MnIn 500 CrO2 386 MnAs 318 Gd 292 Au2MnAl 200 Dy 88 EuO 69 CrBr3 37 EuS 16,5 GdCl3 2,2

CHAPITRE II : Les semi-conducteurs

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Il est donc toujours possible de désaimanter un matériau, il suffit de le chauffer suffisamment haut en température.

Dans la théorie du champ moyen (mean-field theory MFT), la température de curie est évaluée comme suit [8].

(II.4) Là où est la constante de Boltzmann, EF et sont l'énergie totale dans les états ferromagnétiques et l’énergie totale dans l’état LMD (désordre local de moment), respectivement.

IV.5. LES SEMI-CONDUCTEURS MAGNETIQUES DILUES

Un semi-conducteur magnétique est un semi-conducteur dans lequel on substitue

une certaine quantité d’atomes du semi-conducteur hôte par des atomes portant un moment magnétique, par exemple des ions de la série des métaux de transition.

Un semi-conducteur magnétique dilué (DMS) est un semi-conducteur dans lequel ont été substituée une quantité faible d’ions de la matrice hôte par un ion magnétique, souvent un ion de la série des métaux de transition.

Nous pouvons classer les DMS en fonction de la matrice semi-conductrice hôte, de type ІІІ-V ou l’on trouve entre autre le GaMnAs et le InMnAs,

Fig. ІІ-10. Température de Curie calculée pour différents

semi-conducteurs avec un dopage 5℅ de Mn et 3.5x1020

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de type ІV comme les DMS à base de Si ou de Ge dopés au Cr, Mn, Ni ou Fe.et ІI-VI, par exemple ZnTMO et CdTMTe (TM=ion de la série des métaux de transition).

Du point de vue théorique, la compréhension des mécanismes responsables du ferromagnétisme dans les DMS a été beaucoup avancée par Dietl et al. Publié en 2000, ou les auteurs présentent un modèle théorique pour expliquer le ferromagnétisme dans GaMnAs puis étendent ce modèle aux autres semi-conducteurs. La (figure ІІ-5.) montre la température de curie prédit par ce modèle pour un certain nombre de semi-conducteurs magnétiques dilués.

Le modèle prédit pour GaMnN et ZnMnO une température de curie supérieure à la température ambiante, ce qui a motivé les études récentes sur ces matériaux [10]

IV.6. L’alliage In

1-x

Mn

x

Sb:

Cet alliage est un semi-conducteur magnétique dilué obtenu en incorporant un élément magnétique (Mn) dans la matrice d’un semi-conducteur (InSb) en faibles concentrations. Le travail de cette thèse concerne la caractérisation structurale, électronique et magnétique du système Mn/InSb (voir chapitre ІV).

IV.6.1.L’INDIUM

In

Nombre atomique 49

Masse atomique 114.82

Etat d’oxydation (le plus stable) 3

Configuration électronique [Kr] 4d¹⁰5s²p¹ Température d’ébullition (k) 2346 Température de fusion (k) 429.76 Densité à 300 °k (g/cm³) 7.31 Nom Indium

CHAPITRE II : Les semi-conducteurs 27

IV.6.2.L’ANTIMOINE Sb

Sb Numéro atomique 51 Masse atomique 121.75

Etat d’oxydation (le plus stable) ±3, 5

Configuration électronique [Kr] 4d¹⁰5s²p³ Température d’ébullition (°k) 1860 Température de fusion (°k) 904 Densité à 300 °k (g/cm³) 6.68 Nom Antimoine

IV .6.3. LE MANGANESE Mn

Mn Numéro atomique 25 Masse atomique 54,9380

Etat d’oxydation (le plus stable) 7, 6, 4, 2, 3

Configuration électronique [Ar] 3d⁵4s²

Température d’ébullition (k) 2335

Température de fusion (k) 1517

Densité à 300 °k (g/cm³) 7.43

Nom Manganèse

IV .6.7. L’ALLIAGE INDIUM-ANTIMOINE InSb

InSb est un semi-conducteur intéressant tant sur le plan fondamental que technologique. Il

est caractérisé par la plus faible bande interdite parmi tous les semi-conducteurs ІІІ-V (0.18 eV), une faible masse effective des électrons et par conséquent une forte mobilité

Tab. ІІ-3. Propriétés de Sb

28

(7x10⁵ cm²V^-1s^-1 à 77°k).Il sert à de nombreuses applications, on les trouve, par exemple, dans les capteurs infrarouges et les détecteurs à haute vitesse [11].

Comme tout les semi-conducteurs ІІІ-V, l’InSb cristallise dans la structure de zinc-blende, c. à. d. : deux réseaux cubiques Faces Centrées (CFC), l’un décalé par rapport à l’autre de ¼ suivant le long diagonal. Suivant la direction (100), cette structure est constituée par un empilement alterné de cations (élément ІІІ) et d’anions (élément V).

La structure atomique peut-être décrite par une maille élémentaire tétragonale définie par les trois vecteurs fondamentaux :(a1, a2, a3).

| | | | ^√ | | Où, a0=6.479 A° est le paramètre de maille du réseau d’InSb.

Les vecteurs fondamentaux du réseau réciproque sont (b1 ,b2 ,b3 ,) tel que: | | | | √ et | |

Nous représentons dans la (Fig. ІІ-6) la maille conventionnelle de la structure zinc-blende correspondant à la structure d’Insb. Cette maille comporte 4 atomes d’antimoine (en bleu) et 4 atomes d’indium (en jaune).Les atomes Sb (0,0,0) occupent des sites de symétrie tétraédrique topologiquement similaires à ceux des atomes In (1/4,1/4,1/4) avec une coordination4.

CHAPITRE II : Les semi-conducteurs

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IV .6.8- structure de bande et gap d’énergie de l’InSb ( 300K)

[12]

:

E

_g

= 0.17 eV

E

L

= 0.68 eV

E

X

= 1.0 eV

E

so

= 0.8 eV

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Référence

[ 1 ] Yves g. Palou, Les semi-conducteurs, les jonctions-diodes et leurs

applications, Educalivre, Paris,1982.

[ 2 ] Données de Kittel, C., introduction à la physique du solide, 6ème Ed., New York : John Wiley, 1986, P. 185.

[ 3 ] N.W.Ashcroft et N.D. Mermin ( traduit par Frank Biet et Hamid Kachkachi),Physique des solides, EDP sciences (2002).

[ 4 ] vers de nouveaux matériaux et dispositifs -article proposé par :Joel Cibert et David Ferrand-univ. de Grenoble ,2000. .

[ 5 ] A.Bournel, Magnéto-électronique dans des dispositifs à semi-conducteurs, Ann.phys. Fr.25.N°1.2000.

[ 6 ] M.Brousseau, physique du solide, propriétés électroniques(Masson,1992)] [ 7 ] Fr.Wikipedia.org/wiki/température_de_Curie : Charles Kittel (trad. Nathalie

Bardou, Évelyne Kolb), Physique de l’état solide [« Solid state physics »]. [ 8 ] Band structure calculation using KKR-Green ‘function method, Kazunori

Sato (june 1998)modified by Masako Ogura and Hisazumi Akai (August 2008) :

[ 9 ] Review: Ferromagnetism of ZnO and GaN -C.LIU,F.YUN, H.MORKOC, Univ., Richmond, VA 23284-3072,USA

[ 10 ] Thèse de doctorat-Karsten Rode-Univ.Paris XI .

[11 ] Miloud Zerrouki, thèse de doctorat, univ. Cergy-Pontoise, juillet 2005. [12] http://www.ioffe.ru/SVA/NSM/semicond/InSb/reference.html

CHAPITRE II : Les semi-conducteurs

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CHAPITRE III

Dans le document Thème : Propriétés magnétiques et structure électronique des semi-conducteurs magnétiques dilués (Page 37-45)